Eindverslag
Afstudeeropdracht opleiding Chemische Technologie
Optimalisatie lijn 200-2 Waste Water Treatment
Fujifilm Manufacturing Europe
Student: M.J.P. Diepstraten Studentnr: 2009950
Opleiding: Chemische Technologie Avans Hogeschool Duaal, cohort 2007
Datum: 06-06-2012
Niet confidentieel
Optimalisatie unit 200-2 in P3 WWT Pagina i
Titelpagina
Project rapport : Optimalisatie unit 200-2 in Waste Water Treatment
Versie : 2.0 uitgegeven 06-06-2012
Bedrijf : Fujifilm Manufacturing Europe B.V
Adres : Oudenstaart 1
Postbus : 90156
Postcode : 5000 LJ
Plaats : Tilburg
Bedrijfsbegeleider : Bavo Hermens, Safety and Environmental Engineer
Opleidingsinstituut : Avans Hogeschool
Academie : Technologie voor gezondheid en milieu Opleiding : Chemische Technologie Duaal
Adres : Lovensdijkstraat 61
Postbus : 90116
Postcode : 4800 RA
Plaats : Breda
Telefoon : 076-5250500
Begeleider : Martin Bode
Opleidingsinstituut
Student : Mark Diepstraten Studentnummer : 2009950
Optimalisatie unit 200-2 in P3 WWT Pagina ii
Voorwoord
Het project "Optimalisatie lijn 200-2 in P3 Waste Water Treatment (= WWT)" werd uitgevoerd als afstudeeropdracht voor de opleiding Duaal Chemische Technologie aan de Avans Hogeschool te Breda. Zelf ben ik werkzaam binnen de afdeling P3 PS8 (Presensitized-platen fabriek) bij het bedrijf Fujifilm Manufacturing Europe B.V..
De WWT is de afvalwaterzuivering voor de PS-platen productiefaciliteiten P3. Op WWT wordt opgelost aluminium verwijderd uit het afvalwater om te voldoen aan de milieuvergunning. De WWT bevat drie zuiveringslijnen, genaamd de 200-1, 200-2 en de 300 lijn. De lijn 200-2 voldoet nog steeds niet aan de vereisten in de milieuwetgeving zonder overmaat aan vlokmiddel. Lijn 200-2 is nog steeds instabiel en dient te worden geoptimaliseerd. De doelgroep voor dit project betreft de algehele afdeling P3Proces en geïnteresseerden in het verwijderen van opgelost aluminium uit het afvalwater.
Tijdens dit project, dat voornamelijk in eigen tijd gerealiseerd moest worden, heb ik assistentie en medewerking gekregen van verschillende personen binnen en buiten Fujifilm, welke ik daarom graag wil bedanken.
Ten eerste mijn vrouw Inge, ze heeft alles in en rondom het huis en de zorg voor ons zoontje Gijs voor haar rekening genomen gedurende mijn opleiding. Mijn directe collega´s voor hun steun. Mijn afstudeerbegeleiders van Fujifilm Bavo Hermens en Ron Otten en begeleider Martin Bode van Avans Hogeschool Breda voor hun flexibiliteit, interesse en het bewaken van de structuur van mijn project. Hans Notenboom voor de mogelijkheid mijn testopstelling te plaatsen in zijn testcontainer op WWT en de nuttige discussies. Peter Kuijs en Edwin v/d Broek (P3M) en de afdeling Y-process voor de ondersteuning bij de testen, offertes en aanpassingen. Frank Halters voor de verstrekking van zijn literatuurstudie. De afdelingen P3T en TRL voor het mogen
gebruiken van verschillende materialen voor mijn testopstelling. Jeroen Verstappen van de firma Verdermix voor het beoordelen van mijn scale-down testopstelling. En tot slot mijn familie en vrienden voor het begrip, er bleef vrijwel geen vrije tijd voor mijn sociale contacten. Ik beloof de draad weer op te pakken.
Veel leesplezier. Mark Diepstraten
Optimalisatie unit 200-2 in P3 WWT Pagina iii
Samenvatting
Doelstelling onderzoek: De zuiveringslijnen in de afvalwaterzuivering dienen het in afvalwater opgelost
aluminium te verwijderen door het om te zetten naar Al(OH)3, te laten coaguleren en af te scheiden door
flotatie. Het effluent uit de flotatie-unit moet aan de milieunorm Wet Verontreiniging Oppervlaktewater (WVO) voldoen. Optimalisatie van lijn 200-2 voor afvalwaterzuivering, zodat deze gaat voldoen aan de milieunorm WVO (< 50 mg/l aan onopgeloste deeltjes) in het effluent, terwijl reductie van de huidige overmaat vlokmiddel wordt toegepast.
Aanpak onderzoek: Ten eerste is een literatuurstudie gedaan naar de werking van de drie in serie
staande unit-operations van de zuiveringslijn 200-2 om te bepalen welke parameters van belang zijn voor goede scheiding van aluminium. De afmetingen van de drie zuiveringslijnen zijn handmatig opgemeten en met elkaar vergeleken. De gevonden verschillen in geometrie samen met de theoretische achtergrond hebben geresulteerd in een tweetal hypotheses.
Hypothese A: “Kortsluitstroom in neutralisatietank 200-2 zorgt voor niet homogeen mixgedrag in deze unit, waardoor Al(OH)3-kristal onvoldoende grootte bereikt.” Bezinksel in ongeroerde 3e sectie zorgt voor
hoge [SS] richting CPF zonder correctie in PE additie bij opstart van de lijn.
Hypothese B: “Ontwerp van flotatie-unit 200-2 zorgt voor te grote oppervlaktebelasting en kortsluitstroom van vervuild water naar het platenpakket.”
Belangrijke verschillen t.o.v. lijnen 200-1 en 300 zijn gevonden in de neutralisatie-unit en de flotatie-unit, welke de oorzaak kunnen zijn van de hoge emissie. Kristalvorming in de neutralisatie-unit is belangrijk voor de daarop volgende processen. Op grond hiervan werd besloten Hypothese A verder uit te werken. De neutralisatie-unit is d.m.v. scale-down 1 op 5 nagebouwd in een glazen bak. De huidige
vloeistofstroom in de unit is gevisualiseerd m.b.v. kleurstofadditie, de beelden zijn vastgelegd op camera, waarbij de hypothese is aanvaard. De hierna opgestelde deelhypothese “Kortsluitstroom wordt
veroorzaakt door te grote onderdoorvoer en positie van toevoerpijp” is getoetst door aanpassingen in de scale-down gelijk aan unit 200-1, waarna de deelhypothese is aanvaard. Voor optimalisatie van
homogenisatie in de 1e sectie zijn daarna testen uitgevoerd met verschillende posities van de
voedingtoevoerpijp. De resultaten zijn verwerkt in een matrix. De matrix is opgezet door gemaakte camerabeelden van de testen te vergelijken. Ter confirmatie zijn testen nogmaals uitgevoerd met een conductiviteitmeting tijdens pekelwateradditie. Uit de scale-down testen blijkt een drietal aanpassingen aan de unit benodigd te zijn voor minder kortsluitstroom en daardoor betere homogeniteit. Dit zorgt voor een uniforme kristalgrootte in het waste water.
Conclusies: Geometrie van neutralisatie-unit 200-2 zorgt voor kortsluitstroom. Hierdoor krijgen de
kristallen niet genoeg tijd om te groeien. Te kleine kristallen en deeltjesgrootteverdeling zorgen voor niet floteerbare vlokken. Onderdoorvoer verkleining van 1e sectie naar 2e sectie in neutralisatie-unit 200-2
zorgt voor een betere menging en homogenisatie in de 1e sectie. pH verschillen in de neutralisatie-unit
zijn nu gelijk aan 200-1. De toevoerpijppositie bepaalt tevens het mengpatroon, mate van kortsluitstroom en dus de kristalgrootte. Toevoerpijppositie en dimensie van de uitstroommond met het beste resultaat is bepaald. De plaatsing van een mixer in de 3e sectie van de unit zorgt voor de gewenste homogeniteit en
reduceert de doorslagtijd bij opstart van de lijn. Alle drie de benodigde aanpassingen zijn goedgekeurd en zijn geïnstalleerd in mei/juni 2012. Doordat er zich afgelopen maanden veel problemen voordeden in de 300 lijn was de 200-2 lijn continu benodigd en is verzocht tijdelijk geen aanpassingen aan de lijnen 200-1 en 200-2 uit te voeren. De toevoerpijp zal worden aangepast nadat de PS8 stopt met productie op 22 juni 2012. Na deze aanpassing zal duidelijk worden of overmaat PE reductie kan worden toegepast.
Aanbevelingen:
Aanpassen toevoerpijppositie en dimensie, afstellen hoek en grootte van uitstroommond na installatie;
Verlaag Poly Elektrolyt additie 200-2 en controleer effluent na installatie toevoerpijp;
Definitieve opstelling voor de mixer in de 3e sectie van de neutralisatie-unit;
Deeltjesgrootte analyse kan bevestigen of ontkrachten of Al(OH)3-kristallen groter zijn geworden door
optimalisatie van de neutralisatie-unit;
Installatie flowmeters op de PE additie van lijnen 200-1 en 200-2, zodat PE verbruik in beide lijnen vergeleken en daardoor beter ingeregeld kan worden.
Optimalisatie unit 200-2 in P3 WWT Pagina iv
Inhoudsopgave
1.0 INLEIDING ... 1
1.1. FUJIFILM MANUFACTURING EUROPE B.V. ... 1
1.2 BESCHRIJVING VAN HET OFFSETPLATEN PROCES ... 1
1.3 AANLEIDING VAN HET ONDERZOEK ... 2
1.4 PROBLEEMSTELLING ... 2
1.5 DOEL PROJECT... 2
1.6 DOEL RAPPORT ... 2
1.7 PROJECTGRENZEN ... 2
1.8 OPBOUW PROJECT ... 3
2.0 LITERATUURSTUDIE OVER NEUTRALISATIE, FLOCCULATIE EN FLOTATIE ... 4
2.1 OPBOUW ZUIVERINGSLIJN ... 4 2.2 NEUTRALISATIE ... 4 2.3 FLOCCULATIE ... 9 2.4 FLOTATIE ... 12 2.5 STELLINGEN LITERATUURSTUDIE ... 14 3.0 GEOMETRIE ANALYSE ... 15
3.1 DE BELANGRIJKE GEOMETRISCHE VERSCHILLEN TUSSEN DE DRIE LIJNEN ... 15
3.1.1. Neutralisatie-unit ... 15
3.1.2 Coiled Pipe Flocculator ... 17
3.1.3 Flotatie-unit ... 18
3.2 BEVINDINGEN GEOMETRIE ANALYSE ... 20
3.3 BEVINDINGEN UIT THEORIE SAMEN MET GEOMETRIE ... 20
4.0 HYPOTHESES ONVOLDOENDE WERKING UNIT 200-2 ... 21
4.1 WELKE HYPOTHESE HEEFT PRIORITEIT... 21
5.0 HYPOTHESE A TOETSEN ... 22
5.1 SCALE-DOWN NEUTRALISATIE-UNIT ... 22
5.2 VERBLIJFTIJD ... 22
5.3 TOEVOER SNELHEID WASTE WATER FLOW ... 22
5.4 MIXERDIMENSIE EN TOERENTAL ... 23
6.0 SCALE-DOWN PRAKTIJKSITUATIE VOOR TOETS HYPOTHESE A ... 26
6.1 TOETSEN DEELHYPOTHESE OORZAAK KORTSLUITSTROOM ... 28
6.2 PROCESOPTIMALISATIE ... 28
6.3 EXPERIMENTEN MET CONDUCTIVITEIT METINGEN ... 30
6.4 CONCLUSIE SCALE-DOWN TESTEN ... 31
7.0 WAAROM DOORSLAG FLOTATIE-UNIT 200-2 BIJ OPSTART UNIT? ... 33
7.1 TESTEN NEERSLAG IN NEUTRALISATIE-UNIT 200-2 ... 33
8.0 WELKE AANPASSINGEN ZIJN GEPLAND IN PRODUCTIE. ... 35
9.0 KOSTEN/BATEN ... 37
10.0 TE VERIFIËREN PROCESOPTIMALISATIE ... 38
11.0 RESULTATEN PROCESOPTIMALISATIE ... 39
CONCLUSIES ... 40
Optimalisatie unit 200-2 in P3 WWT Pagina v
LITERATUURLIJST ... 42
AFKORTINGEN EN SYMBOLENLIJST ... 43
BIJLAGE I: CONTROLE EFFLUENT DOOR QIT METER ... 44
BIJLAGE II: GEOMETRIE AFMETINGEN ... 45
BIJLAGE III: BELANGRIJKE OPNEMERS ... 48
BIJLAGE IV: AL(OH)3-PE RATIO BEREKENEN ... 49
IV-I: PLC berekening hoeveelheid PE additie ... 49
IV-II: Overeenkomst PLC berekening met praktijk ... 50
IV-III: Bevindingen PE additie... 50
IV-IV: Bevindingen bij verschillende K-factoren ... 50
BIJLAGE V: MIXER GERELATEERDE GROEPEN ... 51
BIJLAGE VI: SPULLEN BENODIGD VOOR SCALE-DOWN ... 53
BIJLAGE VII: MATRIX TEST KLEURSTOFADDITIE IN SCALE-DOWN ... 54
Optimalisatie unit 200-2 in P3 WWT Pagina 1
1.0 Inleiding
1.1. Fujifilm Manufacturing Europe B.V.
Fujifilm Manufacturing Europe B.V. in Tilburg is een van de grootste productielocaties van Fujifilm. Op deze locatie worden fotopapier en offsetplaten geproduceerd. Tevens is er een groot R&D laboratorium om nieuwe producten te ontwikkelen. De producten worden geproduceerd voor de verkoop in Europa, het Midden-Oosten en Afrika. De marketing en de verkoop wordt gedaan in Düsseldorf, Duitsland. Fujifilm Tilburg heeft drie offsetplaten
productie fabrieken (PS6, PS8 en PS10). Offsetplaten worden gebruikt om onder andere kranten, tijdschriften en reclamewerken te drukken.
1.2 Beschrijving van het offsetplaten proces
Het basismateriaal voor een offsetplaat is aluminium. Het aluminium (Al) wordt afgerold en behandeld door verschillende processen (etsen, spoelen, grainen, anodiseren enz.) op de afdeling surface treatment (ST) om de juiste oppervlaktestructuur te verkrijgen. Hierna wordt er een lichtgevoelige laag op het aluminium aangebracht op de afdeling coating (CO) en versneden tot halffabricaat bij de crosscutter (XC). De afdeling finishing (FI) versnijdt en
verpakt de offsetplaten op de voor de klant gewenste formaten. De processen van de afdeling ST produceren afvalwater. Het afvalwater bevat voornamelijk Al3+, SO42- en NO3- met een
gezamenlijke pH van ongeveer 4. Het Al3+ moet verwijderd worden uit het afvalwater en het
afvalwater moet geneutraliseerd worden tot een pH van 6,5<pH<10 om het vervolgens als schoon effluent te mogen lozen op het riool. Het verwijderen van het Al3+ wordt gedaan in het
Waste Water Treatment (WWT) proces. Voor de opbouw van het proces, zie figuur 1.1.
WWT bestaat uit drie parallel aan elkaar werkende zuiveringslijnen genaamd de 1, de 200-2 en de 300 lijn, welke in verschillende tijdperken door drie verschillende leveranciers zijn opgeleverd. Bij de opstart van de PS6 fabriek in 1992 is de eerste lijn, de 200-1, gebouwd voor het verwerken van het afvalwater. Bij de opstart van de PS8 fabriek in 2006 is de 200-2 lijn geplaatst. Tijdens de bouw van de PS10 fabriek in 2011 is de 300 lijn geplaatst. De
afvalwaterstromen van de PS6 en de PS8 komen WWT binnen in een gezamenlijke
balancingtank, de unit 200. De afvalwaterstromen van de PS10 fabriek komen binnen in een naastgelegen balancingtank, de unit 300. Iedere zuiveringslijn bestaat uit drie in serie staande unit-operations; een Neutralisatie-unit, een Coiled Pipe Flocculator en een Flotatie-unit, zie figuur 1.2.
Figuur 1.2: zuiveringslijn op WWT met drie in serie staande unitoperations.
ST CO XC FIN klant
Al
WWT
Figuur 1.1: Blokschema offsetplaten. proces
Optimalisatie unit 200-2 in P3 WWT Pagina 2
1.3 Aanleiding van het onderzoek
Sinds de lijn 200-2 in gebruik is in P3 WWT (2006), heeft deze niet de gewenste efficiency behaald, zoals de unit 200-1 dit wel doet. In de loop der jaren zijn een aantal wijzigingen
aangebracht aan de drie in serie staande units. De voedingstoevoerpijp van de neutralisatie-unit is veranderd van een horizontale invoer bij het vloeistofoppervlak naar een dippijp gericht op de loogadditie. Dit zorgde destijds voor een betere vorming van het aluminiumhydroxide. Frank Halters heeft in 2008 een literatuurstudie [lit. 1] en optimalisatiestudie [lit. 2] gedaan als afstudeeropdracht voor de TU van Eindhoven. De Coiled Pipe Flocculator (CPF) van de 200-2 was destijds nog een pijp met een constante diameter tot aan de flotatie-unit. Door de te hoge vloeistofsnelheid in de CPF zouden de gevormde vlokken kapot slaan door de
wrijvingskrachten. Frank Halters heeft de CPF aangepast in drie secties met groter wordende diameters, gelijk aan die van de CPF 200-1. De instroommond van de flotatie-unit is aangepast en de gehele additie van gesatureerd water (zeer kleine luchtbelletjes, welke zich vrijmaken bij expansie in atmosferische druk van onder hoge druk opgelost lucht in water) wordt sindsdien toegevoegd in de CPF i.p.v. gedeeltelijk in de flotatie-unit. Deze aanpassingen aan de 200-2 lijn hebben wel tot verbetering geleid, maar alsnog moet de Polyelektroliet (PE) toevoeging bijna twee keer zo veel zijn in vergelijking met de unit 200-1 om teveel doorslag van onopgeloste deeltjes in de flotatie-unit te voorkomen. Ook bij opstart van de unit 200-2 is er gedurende de eerste 17 minuten nog steeds teveel doorslag (>100 mg/l) in de flotatie-unit naar het effluent. Dit vervuilt het platenpakket van de flotatie-unit.
1.4 Probleemstelling
Wat is de oorzaak emissie >50 mg/l onopgeloste deeltjes in het effluent van de unit 200-2?
Waarom ontstaat er emissie >>100 mg/l onopgeloste deeltjes in het effluent bij opstart van de unit 200-2?
Welke wijzigingen in parameters en/of geometrie zijn benodigd om de unit 200-2 te laten voldoen aan de milieuwetgeving Wet Vervuiling Oppervlaktewater (WVO), <50 mg/l aan onopgeloste deeltjes?
1.5 Doel project
Onderzoek mogelijke oorzaak emissie middels theorie en geometrie analyse;
Effluentemissie 200-2 unit <50 mg/l aan onopgeloste deeltjes, terwijl PE/Al(OH)3 ratio
reductie wordt toegepast;
Opstart emissie lijn 200-2 verkorten, gelijk aan 200-1 (5 minuten);
Operationele window voor procesparameters lijn 200-2 proberen te vergroten zonder overmaat PE.
1.6 Doel rapport
Beschrijven van het onderzoek
Weergeven van resultaten
Concluderen en aanbevelen
Praktijktesten aanbevolen aanpassingen weergeven.
1.7 Projectgrenzen
Optimalisatie van alleen unit 200-2 met bijbehorende addities. Het gaat hierbij om de neutralisatie-unit, CPF, Flotatie-unit, PE additie en gesatureerd water vanaf het saturatievat. Zie omkadering in figuur 1.3.
Doorlopen traject geometrie en theorie toetsen tot en met fieldtesten.
Vanwege budgettaire beperkingen alleen mogelijkheid tot eenvoudige aanpassingen in de geometrie van processen.
Optimalisatie unit 200-2 in P3 WWT Pagina 3 Figuur 1.3: afvalwaterstromen, afgebakend projectgebied is rood omkaderd.
1.8 Opbouw project
Het project “Optimalisatie unit 200-2 in WWT is gestart in september 2011 met de bedoeling de geometrie van de drie lijnen te vergelijken. De doelstelling is dat de 200-2 lijn aan de
milieuwetgeving gaat voldoen met een zo laag mogelijke hoeveelheid PE-additie. Het rapport is als volgt opgebouwd:
Hoofdstuk 2: Een theoretische studie over de drie unit-operations in lijn 200-2, waarbij dieper op de processen wordt ingegaan.
Hoofdstuk 3: De geometrieverschillen tussen de drie zuiveringslijnen 200-1, 200-2 en 300 zijn in kaart gebracht door handmatige metingen.
Hoofdstuk 4: De geometrische verschillen met de bijbehorende theorie, hebben geleid tot het stellen van 2 hypotheses. Een voor de neutralisatie-unit en een voor de flotatie-unit.
Hoofdstuk 5: De hypothese dat de neutralisatie-unit 200-2 niet goed werkt is getest in een scale-down glazen bak. In dit hoofdstuk wordt de methode van scale-down beschreven.
Hoofdstuk 6: De hypothese wordt aanvaard en een deelhypothese over de oorzaak wordt gesteld, getest en aanvaard.
Hoofdstuk 7: De reden van doorslag bij opstart van de lijn is gevonden en bewezen.
Hoofdstuk 8: De drie geplande aanpassingen in productie worden weergegeven.
Hoofdstuk 9: De bijbehorende kosten zijn uitgezet tegen de baten.
Hoofdstuk 10: De parameters zijn beschreven waaraan de procesoptimalisatie kan worden getoetst.
Hoofdstuk 11: Daadwerkelijke resultaten zijn vergaard na optimalisatie.
Hoofdstuk 12: De conclusies worden getrokken en aanbevelingen gedaan.
In bijlage I wordt beschreven hoe de calibratie en omzetting naar mg/l is gerealiseerd. In bijlage II staan de geometrische afmetingen van de units vermeld. Bijlage III geeft de meters en opnemers van de verschillende units weer. De hoeveelheid toegevoegde PE is belangrijk voor de ratio PE/Al(OH)3. Er is echter niet bekend hoe dit systeem samen met de K-factor werkt. De benodigde hoeveelheid PE, werking PLC en additie wordt beschreven in bijlage IV. Om het mixertoerental van de scale-down te kunnen berekenen zijn diverse mixer kengetallen benodigd. Diverse mixer gerelateerde groepen staan in bijlage V. In bijlage VI staan de benodigdheden voor het bouwen van de scale-down opgesomd. De verschillende testen in de scale-down zijn vergeleken en weergegeven in de matrix in bijlage VII. Bijlage VIII geeft de grafieken weer over de PE additiepompen opbrengst bij
Optimalisatie unit 200-2 in P3 WWT Pagina 4
2.0 Literatuurstudie over Neutralisatie, Flocculatie en Flotatie
Om de werking van WWT en de belangrijke factoren voor het verwijderen van aluminium te bepalen is een literatuurstudie benodigd. Hierbij is gebruik gemaakt van de resultaten uit de literatuur [lit. 1-8]. De drie unit-operations worden theoretisch uitgelegd waarbij per unit een stelling wordt aangenomen als mogelijke oorzaak voor de doorslag.
2.1 Opbouw zuiveringslijn
Iedere lijn bestaat uit drie in serie staande units; een neutralisatie-unit, een Coiled Pipe Flocculator en een Flotatie-unit, zie figuur 2.1.
Figuur 2.1: zuiveringslijn op WWT met drie in serie staande unitoperations.
Vanuit de balancingtank wordt het afvalwater naar de geroerde neutralisatie-unit gepompt. In de neutralisatie-unit wordt de pH gemeten en door toevoeging van natronloog of zwavelzuur geregeld naar een pH van 7,5 zodat [Al3+] neerslaat als Al(OH)3 in de 1e sectie van de
neutralisatie-unit. De Suspended Solids (SS = onopgeloste deeltjes = Al(OH)3) worden gemeten
in de 2e sectie van de neutralisatie-unit. In de Coiled Pipe Flocculator (CPF) worden zeer kleine
luchtbelletjes (water oververzadigd met lucht) en Poly Elektrolyt (PE) toegevoegd (dosering PE is [SS] en wastewaterflow afhankelijk geregeld). De aluminiumhydroxide-deeltjes zullen
coaguleren en zich tot grotere vlokken vormen onder invloed van de PE. De zeer kleine
luchtbelletjes zullen gedeeltelijk worden ingekapseld in de vlok en gedeeltelijk adheren aan de vlok. De CPF is een lange buis met toenemende diameters en verschillende 180 graden bochten, zodat de vlokken voldoende tijd krijgen om zich te vormen en te groeien. Vanuit de CPF stroomt het water via een horizontale toevoerpijp met diverse uitstroomopeningen in de flotatie-unit. In de flotatie-unit zullen de gevormde vlokken door de toegevoegde kleine luchtbelletjes naar de oppervlakte stijgen. Deze vlokken vormen samen een deken aan het oppervlak. Een schraper roomt de deken af naar een sludgebak, waarna de sludge wordt ontwaterd door middel van een decanter (zie figuur 1.3 voor de afvalwaterstromen). Het water vervolgt zijn weg door een gekanteld platenpakket in de Flotatie-unit, waarbinnen de kleinere vlokken alsnog de tijd krijgen om te floteren. Het schone effluentwater van de flotatie-units wordt gemeten op helderheid en geloosd op het riool. De WVO eist dat het effluent een pH heeft van tussen de 6.5 en 10 en niet meer dan 50 mg/l aan onopgeloste deeltjes [SS] bevat.
2.2 Neutralisatie
Doel: In het waste water opgelost aluminium laten kristalliseren door pH-neutralisatie zodat
Al(OH)3 neerslag ontstaat.
Theorie: In het waste water vanaf de fabrieken P3 zijn opgeloste en onopgeloste
aluminiumverbindingen aanwezig. Het Al3+ ion is een amfoteer. Dit wil zeggen dat het met zowel
Optimalisatie unit 200-2 in P3 WWT Pagina 5 oplosbaar, maar in een pH-neutraal milieu zal het zich vormen tot Al(OH)3 neerslag. In de
balancingtank heeft het waste water een pH van 4, waardoor het aluminium meestal zal worden geneutraliseerd met natronloog. Het neutraliseren van het waste water (en dus het vormen van neerslag van het aluminium) vindt plaats in de neutralisatie-unit.
Figuur 2.2: neutralisatie-unit met axiale mixers.
De neutralisatie-unit heeft twee of drie geroerde secties, zie figuur 2.2. Verzadiging van de oplossing vindt plaats in de eerste sectie door het toevoegen van 50 %w/w NaOH waarbij de oplossing wordt gemixt door een axiale marine propellermixer. De hoeveelheid NaOH wordt geregeld door pH meting/regeling en wordt gecorrigeerd door 98 %w/w H2SO4 additie. De
tweede sectie van de neutralisatie-unit zorgt voor een langere verblijftijd zodat de kristallen voldoende kunnen groeien voordat deze naar de CPF gaan.
Oplosbaarheid: Oplosbaarheid is een fysische eigenschap van een stof, namelijk de mate waarin
een stof kan oplossen in een andere stof. Deze andere stof wordt het oplosmiddel genoemd. Oplosbaarheid wordt gemeten in maximale hoeveelheid stof die per volume-eenheid kan oplossen wanneer een oplossing in evenwicht is met nog niet opgeloste stof. Een oplossing waarin een maximale hoeveelheid stof is opgelost, wordt verzadigd genoemd. Bij een
oververzadigde oplossing ontstaat er neerslag. De oplosbaarheid van AL(OH)3 kan geschreven
worden als:
Al(OH)3 ↔ Al3+ + 3 OH- met oplosbaarheidconstante
[formule 2.1].
De oplosbaarheid- of hydrolyseconstante (zie formule 2.1) wordt normaal gesproken berekend met de vrije Gibbsenergie. De drijvende kracht voor het vormen van neerslag is het verschil in chemische potentialen van de oplossing in de vloeistof fase en de vaste fase. Tijdens de
hydrolysereactie ontstaan er echter verschillende hydrolyseproducten waardoor bij de berekening grote afwijkingen zullen ontstaan.
De oplosbaarheid van aluminium kan worden opgezocht in de theorie, maar zal in de praktijk bij ieder proces verschillend zijn door aanwezigheid van andere ionen, ofwel impuriteiten. De sterkte van een zuur wordt weergegeven in pKa = -log [Ka]. De waarschijnlijkheid voor het
afstaan van protonen is afhankelijk van de pKa van het molecuul en de pH van de oplossing.
Volgens de theorie [lit. 1] vormt zich de optimale AL(OH)3 neerslag bij een pH van 6,4. Er
ontstaat een witte geleiachtige neerslag wanneer het Al3+ in de vorm van Al(OH)3 aanwezig is.
De Al(OH)3 zal in eerste instantie in amorfe toestand aanwezig zijn, waarna kristallisatie zal
plaatsvinden [lit. 6]. De oplosbaarheid en de stabiliteit van de deeltjes wordt sterk beïnvloed door het type en concentratie impuriteiten zoals anionen en kationen. Anionen gaan zich namelijk hechten aan het positieve oppervlak van het Al(OH)3. Anionen in het waste water zijn
voornamelijk sulfaten en nitraten. De sulfaten zullen zich hechten door chemische adsorptie, nitraten worden in lichte mate geadsorbeerd doordat deze zich bevinden in een diffuse laag rondom het Al(OH)3 [lit. 6]. De temperatuur van het waste water heeft ook grote invloed op de
Optimalisatie unit 200-2 in P3 WWT Pagina 6 productiefaciliteiten een constante waarde van ±20 °C. De temperatuur zelf verandert dus niet. Wanneer NaOH wordt toegevoegd aan een zure [Al]oplossing zullen de opeenvolgende vormen van aluminiumverbindingen voorkomen:
Al3+ Al(OH)2+ AL(OH)2+ AL(OH)3 AL(OH)4-
Al(H
2O)63+ (aq) + OH- ↔ Al(H2O)5(OH)2+ (aq) + H2O Al(H
2O)5(OH)2+ (aq) + OH- ↔ AL(H2O)4(OH)2+(aq) + H2O AL(H
2O)4(OH)2+ (aq)+ OH- ↔ AL(H2O)3(OH)3 (s) + H2O AL(H
2O)3(OH)3 (s) + OH- ↔ AL(H2O)2(OH)4- (aq) + H2O
Hydrolyse van aluminium vindt plaats doordat metaalkationen hydrateren in water. De
buitenste schil van aluminium bevat 6 watermoleculen Al(H2O)63+. Bij hogere pH zijn er minder
protonen in de oplossing aanwezig. De oplossing streeft naar een evenwicht. Bij een hogere pH zullen daarom de watermoleculen in de gehydrateerde schil protonen afstaan, waarbij een hydroxide overblijft. De snelheid van hydrolyse stijgt bij stijgende pH. Door het afstaan van protonen ontstaat een steeds lagere positieve lading van het aluminiumdeeltje. Er ontstaan verschillende dimeren, trimeren en polymeren van hydrolyse producten.
Aluminiumverbindingen komen in verschillende vormen en fracties voor bij verschillende pH waardes, maar heeft 5 belangrijke vormen zoals te zien in figuur 2.2.
Figuur 2.2: vijf belangrijke vormen van aluminium.
Noch Al(H2O)5(OH)2+ noch AL(H2O)4(OH)2+ zijn stabiel. Ze zullen polymeriseren, waarbij veel
verschillende soorten complexe verbindingen ontstaan. Toenemende additie van NaOH resulteert in groeiende polymeergrootte. De netto lading van het aluminium-ion daalt bij een toenemende NaOH/Al ratio, maar blijft positief geladen tot de ratio van 3 is bereik. De netto lading verdwijnt bij een ratio van 3, waardoor afstotende krachten tussen de ionen verdwijnt en de polymeren zich vormen tot een kristal AL(H2O)3(OH)3. In de titratiecurve [lit. 2] (figuur 2.3.)
is te zien dat de overgangen tussen de verschillende vormen aluminiumverbinding een bufferende werking geeft op de pH door de hydrolyse. De verschillende gebieden worden hieronder beschreven.
pH < 4: In de vorm van Al(H2O)63+ in oplossing.
4≤pH≤10: Hier vormen zich de Al(H2O)5(OH)2+ en de
Al(H2O)4(OH)2+. Daarna in de
vorm van Al(H2O)3(OH)3
kristallen.
pH>10: Al(H2O)2(OH)4- in oplossing.
Optimalisatie unit 200-2 in P3 WWT Pagina 7 Figuur 2.3: titratiecurve pH bij additie natronloog aan aluminium houdend waste water.
1-2: Het natronloog zal de vrije zuurionen neutraliseren. Al(H2O)63+ is in oplossing. Het waste
water wat de neutralisatie-unit binnen komt heeft reeds een pH van 4 en is al troebel wit. Alleen tijdens calamiteiten in de fabriek zal de pH zakken tot onder de pH=4 en is de oplossing helder van kleur.
2-3: Boven pH=4 stijgt de pH maar langzaam doordat toegevoegd loog nu wordt gebruikt voor hydrolyse tot
Al
(H
2O)
5(OH)
2+en AL
(H
2O)
4(OH)
2+. Afhankelijk van mixcondities zullen lokaal oververzadiging, celvorming en kristalgroei vanAl
(H
2O )
3(OH)
3voor kunnen komen. De oplossing is hier al geleiachtig wit.3-4: Oververzadiging van de oplossing, kiemvorming en kristalgroei van Al(H2O )3(OH)3
vindt plaats.
4-5: Verdere additie van loog resulteert in het oplossen van Al(H2O )3(OH)3 tot
Al(H2O )2(OH)4-. De oplossing wordt weer helder van kleur.
Er ontstaan verschillende overgangen van de verbindingen, een voorbeeld van verschillende fracties wordt weergegeven in onderstaande figuur 2.4 [lit. 5] . Het gewenste Al(OH)3 kan
voorkomen in zowel een amorfe vorm als in kristallijnen vormen, bekend als gibbsite, bayerite en nordstrandite. Ook de vormen boehmite en pseudoboehmite (slecht geordend boehmite) kunnen ontstaan [lit. 6]. De kristalstructuren verschillen alleen in de opbouw van elkaar, maar allen hebben ze dezelfde Al-O-Al lagen. De lagen worden bij elkaar gehouden door een netwerk van waterstofbruggen [lit. 6].
Optimalisatie unit 200-2 in P3 WWT Pagina 8
Kristallisatie: Kiemvorming is de geboorte van een kristal, waarna de kristal begint te groeien.
Mixen is van groot belang voor kristallisatie en beïnvloedt de oververzadiging, kiemvorming en kristalgroei (weergegeven in figuur 2.5).
Figuur 2.5: mixgedrag van belang.
Mixen: Mixen kan worden onderverdeeld in drie verschillende vormen, nl. macro-mixing,
meso-mixing en micro-meso-mixing. Macro-meso-mixing vindt plaats in de gehele neutralisatie-unit, de vloeistofstroom gegenereerd door de mixer. Meso-mixing vindt plaats tussen de verse
wastewater voeding en de bulk. Dit wordt beïnvloed door de toevoerpijpdiameter en de positie van de toevoerpijp [lit. 3]. Micro-mixing vindt plaats op moleculair niveau gebaseerd op
convectief en diffusief molecuultransport. De vier basisstappen voor het vormen van neerslag; chemische reactie, oververzadiging, kristalvorming en kristalgroei vinden allen plaats op moleculair niveau.
Resultaten uit experimenten [lit. 2]:Door impuriteiten ontstaat er voor het vormen van AL(OH)3 neerslag een pH range van 5≤pH≤9. Een pH van 7,5 [gemiddelde pH in operationele
window volgens lit. 2] wordt aangehouden als setpoint. De wetgeving geeft voor het lozen van water een pH-gebied aan met een range van 6,5≤pH≤10. Samen met het 5≤pH≤9 gebied voor de neutralisatie-unit resulteert dit in een operationeel window 6,5≤pH≤9 voor het vormen van neerslag in de neutralisatie-unit. Uniforme deeltjesgrootte van Al(OH)3 is wenselijk, omdat
deviaties in deeltjesgrootte kan resulteren in een slechtere opbrengst in de latere fase van verwijderen. De invloed van deeltjesgrootte is in relatie gebracht met pH en mixgedrag. Volgens lit.3 is meso-mixing net zo belangrijk als macromixing en micromixing om een uniforme
deeltjesgrootte te verkrijgen. De toevoerpijppositie en diameter zijn daarbij net zo belangrijk als de mixersnelheid. De verschillen in pH en in de toevoegsnelheid van reactant hebben weinig invloed op deeltjesgroottedistributie. Mixersnelheid (figuur 2.6) en verschil in geometrie van de neutralisatie-units 200-1 en 200-2 (figuur 2.7; bij [Al] van 400 mg/l, flow 45 m3/hr en 1450
rpm) hebben wel invloed op de deeltjesgrootteverdeling.
Optimalisatie unit 200-2 in P3 WWT Pagina 9
Bevindingen neutralisatie-unit: Lage mixersnelheden resulteren in een verbreding van
deeltjesgroottedistributie door slechte mixing (zie figuur 2.5). De unit 200-1 bevat procentueel meer grotere deeltjes dan de 200-2 (zie figuur 2.6). Grotere deeltjes zijn makkelijker te binden in de CPF en dus beter te floteren. Het vormen van de neerslag gebeurt 6,5 keer zo snel als de theoretische verblijftijd in de neutralisatie-unit. Het vormen van de kristallen zou dus geheel in de neutralisatie-unit moeten plaatsvinden wanneer er geen kortsluitstroom aanwezig is. Mixing (micro, macro en meso) is het meest belangrijk voor het vormen van kristallen [lit. 3]. Uniforme verdeling van reactant en aluminium wordt hierbij zeer belangrijk [lit.2]. Uniforme verdeling wordt beïnvloed door de geometrie van de unit en mixer, mixersnelheid, toevoerpijp positie, aluminiumconcentratie en de waste water flow. Het is wenselijk dat de Al(OH)3-kristallen
deeltjesgrootte (dP) een grootte hebben van 10≤dP≤100 micron voor een goede afscheiding in de flotatie-unit. Het valt op in figuur 2.8 dat de concentratie van kristalgrootte voor unit 200-1 op 8±4 μm ligt met meerdere grote deeltjes, voor unit 200-2 is dit 6±3 μm, beiden liggen ze onder de 10 μm.
Verblijftijd benodigd voor vorming Al(OH)3 is 3 minuten [lit. 2]. τ1e sectie bij 45 m3/hr = 10 minuten.
Grootste problemen in Continued Stirred Tank Reactor (CSTR) zijn dode zones en
kortsluitstroom. De neutralisatie-unit is een continue reactortank en zal dus dienen te werken als een CSTR.
CISTR is ideaal geroerde tankreactor (cilindervormige tank met keerschotten (ofwel baffles), verblijftijd is 10x mixtijd)
Stelling: Kortsluitstroom en verstoringen van het mixproces verstoren de kristalvorming en
kristalgroei.
2.3 Flocculatie
Doel: Het vormen van stevige vlokken Al(OH)3 met een drijvend vermogen, zodat ze later snel gescheiden kunnen worden door flotatie in de flotatie-unit.
Theorie: De kristallen Al(OH)3 in het waste water na neutralisatie zijn extreem klein (±10 μm) en kunnen niet gemakkelijk worden verwijderd met normale filtratie of bezinken, gezien hun lage bezinksnelheid. Daarom is het vergroten van de deeltjes wenselijk. Deeltjes in water hebben een lading. Hierdoor zullen ze elkaar aantrekken of afstoten waardoor er een homogene suspensie ontstaat. Flocculatie is een proces waarbij de oppervlaktelading van de deeltjes wordt geneutraliseerd en de deeltjes kunnen samenklonteren. Dit destabiliseren wordt gedaan door flocculant toe te voegen. Dit flocculant is een polymeer (PE) welke zorgt voor een neutrale lading van het deeltje, waardoor tevens vanderWaals-krachten kunnen zorgen voor
samenklonteren. Flocculatie berust op het botsprincipe tussen deeltjes en flocculant. Om deze reden is de CPF voorzien van verschillende 180° bochten. Zeer kleine luchtbelletjes (30 μm) worden toegevoegd zodat ze kunnen worden ingesloten in of adheren aan de vlokken. De luchtbelletjes geven de vlok het drijvende vermogen. De luchtbelletjes en PE worden aan het waste water toegevoegd in de CPF. De CPF diameter wordt steeds groter, zodat de
vloeistofsnelheid vermindert. De groter wordende vlok heeft hierdoor minder last van wrijvingskrachten en minder kans dat deze uit elkaar valt. Figuur 2.8 geeft een blokdiagram voor flocculatie.
Optimalisatie unit 200-2 in P3 WWT Pagina 10
Flocculatie: De grootte, sterkte en dichtheid van de vlokken zijn belangrijk voor een goede
afscheiding uit het waste water. Deeltjes in waste water kunnen dichter tot elkaar komen wanneer het 0-punt voor oppervlaktelading wordt bereikt. In plaats van een 0-punt voor de lading bij een bepaalde pH waarde (zie figuur 2.9) spreekt men van een iso-electric-point (i.e.p.). Het i.e.p. is afhankelijk van de samenstelling van het waste water. Voor een Al(OH)3 oplossing
met impuriteiten ligt het i.e.p. bij een pH van rond 8 tot 9.
Figuur 2.9: Point of Zero Charge Al(OH)3. Figuur 2.10: Lading Al(OH)3 in oplossing.
Beneden het i.e.p. zullen de aluminiumverbindingen positief tot neutraal geladen zijn. Bij hogere pH zullen de aluminiumverbindingen een negatieve lading hebben. Optimale neerslag in de neutralisatie-unit wordt gevormd bij 5≤pH≤9 (zie figuur 2.10). In dit pH gebied zal Al(OH)3 een
positieve oppervlaktelading hebben. Door deze positieve lading ontstaat er een diffuse laag van tegenionen (SO42-, NO3-) om het Al(OH)3. De zeta-potentiaal (ζ) is het verschil tussen de lading
van de oppervlaktelading en die van de bulk. Wanneer de ζ nadert tot nul (het i.e.p.), zal de diffuse laag dunner worden waardoor de deeltjes dichter bij elkaar kunnen komen. Wanneer de afstotende krachten kleiner worden dan de “vanderWaals-krachten” zullen de deeltjes
coaguleren tot een vlok.
PE: Flocculanten moeten zorgen voor deze neutralisatie van elektrische oppervlaktelading
en/of gaan zich hechten aan de deeltjes. Flocculanten zijn in water oplosbare polymeren met een bepaalde lading en moeten de diffuse laag van anionen overwinnen om aan het deeltje te kunnen hechten. Als flocculant wordt in WWT een anionisch PE gebruikt om het positief tot neutraal geladen Al(OH)3 oppervlakte neutraliseren. De onderlinge afstotende krachten worden
hierdoor minder belangrijk door de elektrostatische aantrekkingskracht tussen deeltje en flocculant. Het is niet meer nodig om precies bij een pH van 8 9 te komen, maar dus wel wenselijk in de pH range te blijven van 5≤pH≤8 9. De pH range voor het i.e.p. is bepaald [in lit. 2] met hoge en lage concentraties van impuriteiten [0-600 mg/l SO42-, 200-600 mg/l Na+,
1200-2000 mg/l NO3- bij 200-600 mg/l Al3+]. Het experiment [lit. 2] resulteert in een pH range voor
het iep van 8,5≤pH≤10,4. Dit geeft een operationeel window voor neutralisatie, vergunningslimiet en Flocculatie met een pH range van 6,5≤pH≤8,5.
De adsorptiekracht tussen deeltje en flocculant (PE) wordt bepaald door de ladingsdichtheid van de PE. De PE kan het deeltje gedeeltelijk of helemaal omkapselen. In WWT is het de bedoeling Al(OH)3 te laten floteren. Hiervoor is brugvorming tussen PE en Al(OH)3 belangrijk
(figuur 2.11), zodat luchtbelletjes ingesloten kunnen worden. Deze lucht zorgt namelijk voor het drijvend vermogen van de vlok. Er wordt daarom een PE gebruikt met een lage ladingsdichtheid.
Figuur 2.11: brugvorming tussen kristallen en PE waarbij luchtbelletjes kunnen worden ingesloten..
Optimalisatie unit 200-2 in P3 WWT Pagina 11 De lengte van de PE-streng en de PE-Al(OH)3 krachten moeten sterk genoeg zijn om de
gevormde vlok bij elkaar te houden. Om deze reden is een PE (DrewFloc 2214, anionisch) met een hoog molecuulgewicht benodigd, zodat lange strengen PE de deeltjes kan binden. Het is belangrijk dat de pH waarde van het waste water niet hoger wordt dan de pH van het i.e.p. Boven het i.e.p. zullen de aluminiumverbindingeneen positieve lading krijgen. In combinatie met een anionisch PE zal dit leiden tot zeer sterk afstotende krachten. Impuriteiten vertonen ook interactie met de PE en kunnen daardoor de Flocculatie negatief beïnvloeden. De
impuriteiten zorgen voor slecht contact tussen Al(OH)3 en PE of ze hechten zelf aan de PE. De
sterkte van de vlok, gevormd door PE brugvorming, is afhankelijk van het aantal PE-strengen. Wanneer de vlok groeit, wordt het aantal PE-bruggen per deeltje kleiner waardoor de vlok zwakker worden. Het is belangrijk dat de PE hydrofoob is, zodat er geen water aangetrokken wordt.
Lucht toevoegen: Voor het kunnen inkapselen van de luchtbellen moeten deze hiervoor een
grootte hebben tussen de 20 en 100 micron. WWT maakt gebruik van een hoge druk saturatie, dat is gebaseerd op het principe dat bij hoge druk veel lucht kan oplossen in water. Het oplossen van lucht in water gebeurt in het saturatievat. Het saturatievat onttrekt schoon effluent uit de flotatie-unit, verzadigt dit door toevoeging van lucht d.m.v. venturies en brengt dit via een viertal nozzles in het begin van de CPF. Zie blokdiagram in figuur 2.12.
Figuur 2.12: Blokschema additie CPF.
De oplosbaarheid van lucht in water is van groot belang voor het formeren van luchtbellen. Bij het inbrengen in de CPF van dit opgeloste lucht/water mengsel, waar een atmosferische druk heerst, zal de opgeloste lucht zich vrijmaken in de vorm van zeer kleine luchtbelletjes in de grootte van 30-50 μm. De luchtbellen zullen stijgen en adheren of ingesloten worden in de vlokken. Wanneer de luchtbellen zijn gehecht aan de vlok zal de dichtheid van de vlok lager worden dan die van de vloeistof. Volgens de wet van Henry is de oplosbaarheid van gas in lucht direct gerelateerd aan de partiële gasdruk. WWT gebruikt in het saturatievat een luchtdruk van 6 bar bij kamertemperatuur. Wanneer gerekend wordt met een efficiëntie van 75%, een
gasdruk verlaging tot 1 atmosfeer en een oplosbaarheid van gas in water bij kamertemperatuur
van 25 mg/l, zal dit leiden tot 87.5 mg/l vrijgelaten lucht in de CPF, zie formule 2.2. -1) = 25 -1) = 87.5 mg/l [Formule 2.2]
Hierbij is SGde oplosbare gasconcentratie bij 1 atmosfeer, P de opgebouwde druk in het saturatievat, f de efficiency van gasoplosbaarheid en vrijgavefractieen Pg de atmosferische druk.
De berekende SR is de concentratie van vrijgekomen luchtbelletjes. Met de ideale gaswet kan het
volume van de lucht worden berekend volgens formule 2.3:
P*V = m/M*R*T V = *1000 l/m3= 0,074 m3lucht/m3waste water [Formule 2.3].
De botswaarschijnlijkheid tussen luchtbellen, Al(OH)3 en PE kan beïnvloed worden door de
wastewater flow, hoeveelheid PE en luchtbelletjes. Er bestaat echter een optimum tussen de vlokgrootte en de grootte van de luchtbellen. De dichtheid van de vlok moet laag genoeg zijn om
Saturatievat OFA 6 bar
Coiled Pipe Flocculator Neutralisatie-unit
PE
Flotatie-unit
Effluent Sludge
Optimalisatie unit 200-2 in P3 WWT Pagina 12 deze te laten drijven, maar bij een te grote vlok kan deze kapot slaan door te hoge
wrijvingskrachten. Volgens de theorie [lit. 7] wordt maar 2% van de vrijgekomen lucht
ingekapseld in de vlokken. De overige luchtbellen zijn wel nodig voor het drijvende vermogen, met name door adhesie. De interactie tussen luchtbellen en de vlokken is van groot belang voor een goed flotatieproces. In de CPF wordt eerst verzadigd water geïnjecteerd en iets verderop wordt de PE toegevoegd. De concentratie en luchtbelgrootte kunnen gereguleerd worden met de luchtdruk van het saturatievat en de wastewater flow. Impuriteiten en temperatuur
beïnvloeden ook de verzadiging in het saturatievat en dus de hoeveelheid opgeloste lucht in het water. De temperatuur blijft ten allen tijden constant en is dus geen variabele in dit proces. Het blijkt uit experimenten [lit. 2] dat een lage luchtdruk in het saturatievat resulteert in een lage scheidingsefficiency. Dit geeft aan dat een lagere luchtdruk resulteert in minder luchtbel/vlok binding.
PE/Al(OH)3 ratio: Botsingen tussen Al(OH)3-kristallen en PE is van groot belang voor de vlokvorming en de groei ervan. De juiste verhouding van PE en deeltjes Al(OH)3 is van groot
belang voor het vormen van een grote sterke vlok. Wanneer het mixgedrag in de CPF te intensief is, zal de vlok uit elkaar vallen door teveel wrijving. Het mixgedrag wordt beïnvloed door de flow van het waste water en de geometrie van de CPF. Er bestaat een optimum voor de
PE/Al(OH)3 ratio. Een te lage ratio geeft te weinig botsefficiëntie en lage PE interactie. Een hoge
ratio resulteert in PE-PE afstotende krachten.
Bevindingen CPF: Bij hogere luchtdruk op het saturatievat wordt een betere flotatie verkregen.
De vlokken moeten groot genoeg zijn om te gaan drijven, maar zullen kapot slaan bij te hoge wrijvingskrachten. Hoe groter de vlokken, hoe meer ze gebruik kunnen maken van adhesie van luchtbellen. De pH behorende bij het i.e.p. mag niet overschreden worden. PE/Al(OH)3 ratio is
van groot belang voor het vormen van een grote sterke vlok. Operationeel window voor neutralisatie en Flocculatie is 6,5≤pH≤8,5.
Stelling: Bij grotere Al(OH)3 kristallen is het oppervlak per volume kleiner. De PE strengen hoeven minder oppervlak te neutraliseren om een grote vlok te vormen. Een lagere ratio Al(OH)3-PE is dan mogelijk.
2.4 Flotatie
Flotatie wordt toegepast om vaste delen te scheiden van een vloeistof. De flotatie-unit wordt gevoed door een horizontale pijp met uitstroomopeningen vanaf de CPF. De vlokken, gevormd in CPF, zullen stijgen naar het vloeistofoppervlak van de flotatie-unit, waardoor een deken van vlokken gevormd zal worden. De deken zal verwijderd worden door een schraper. Zie figuur 2.13 voor een overzicht van een flotatie-unit.
Optimalisatie unit 200-2 in P3 WWT Pagina 13 Figuur 2.13; stromen in flotatie-unit. Figuur 2.14; vloeistofpatroon in platenpakket met stijgende vlok. Het schone water zal zich een weg banen door het gekantelde gegolfde platenpakket om als
effluent te worden afgevoerd. Het gekantelde platenpakket zorgt voor een extra groot oppervlak voor een grotere scheidingsefficiëntie van kleine vlokjes. In het midden tussen de platen is de snelheid afhankelijk van de vloeistofsnelheid. De vloeistofsnelheid tegen de wand van de platen is gelijk aan 0. De kleine vlokjes, welke geen tijd hebben gehad om te floteren naar het
oppervlak, kunnen hier alsnog door het drijvende vermogen tegen de vloeistofstroom in omhoog bewegen (zie figuur 2.14 voor een uitvergroting tussen twee platen). De zware bezinkende deeltjes zullen zich ophopen onder het platenpakket.
Figuur 2.15: krachten op een vlok. Figuur 2.16: Oppervlaktebelasting flotatie-unit
De vlok moet voor flotatie dus een opwaartse kracht hebben groter dan de zwaartekracht samen met de weerstand (zie figuur 2.15). De term acceleratie zal in de flotatie-unit niet aanwezig zijn, aangezien de expansie van luchtbellen al in de CPF heeft plaatsgevonden. De resulterende flotatiesnelheid is voor alle drie de lijnen constant en te berekenen met formule 2.4 of met de wet van Stokes:
12 . 2 w F D w F F A C g m v [Formule 2.4] p w p p b V V V [Formule 2.5]Hierbij is MFde massa van de vlok, ρFde dichtheid van de vlok, ρWde dichtheid van water, g de zwaartekrachtversnelling, CD deweerstandscoëfficiënt (gebaseerd op ronde vlokken is deze 0,47 [lit. 1] en A het oppervlak van de vlok. Hierbij zijn(w,p) de dichtheid van water en de kristallen, V(p, b) het volume van het geflocculeerde vlokje en de luchtbellen.
De flotatiesnelheid kan beïnvloed worden door de hoeveelheid lucht, welke aan de vlok hecht. Een groter volume van luchtaanhechting zorgt voor een verlaging van de dichtheid van de vlok en dus een hogere flotatiesnelheid. Grotere vlokken hebben een groter drijvend vermogen. Het volume lucht benodigd voor flotatie kan berekend worden met formule 2.5.
Toevoer influent vanaf CPF
Optimalisatie unit 200-2 in P3 WWT Pagina 14
Kentallen voor flotatie-unit: Er zijn belangrijke design parameters die vaak toegepast worden
voor de beoordeling van een flotatie-unit [lit. 7–8].
Oppervlaktebelasting (D) is het debiet per oppervlakte. D = ØV/(l*b).
Hierbij is ØV het waste water debiet, (l*b) de lengte * breedte van het flotatieoppervlak (zie figuur 2.16). Een gegeven vlokje moet de tijd krijgen om te drijven naar het oppervlak. Een vlokje met een stijgsnelheid gelijk of groter aan de oppervlaktebelasting kan worden verwijderd in de flotatie-unit. Algemeen moet worden aangehouden een waarde tussen 2-10 m/hr [lit. 7].
Recycleratio is het deel van het definitieve effluent dat wordt geretourneerd en verzadigd onder druk in het saturatievat om weer ingebracht te kunnen worden in de CPF. Recycleratio’s kunnen flink variëren, maar worden meestal toegepast tussen 15-50% [lit. 7].
Verblijftijd is het volume per waste water debiet.
Lucht/vaste stof verhouding A/S heeft typische waardes tussen 0,005-0,06 ml/mg [lit. 7]. Droge stof belasting: massa per oppervlakte eenheid per tijdseenheid. Typische cijfers variëren rond de 2 kg/m2hr [lit. 7].
Bevindingen flotatie-unit: Het oppervlak van de flotatie-unit moet groot genoeg zijn om de
vlokjes te laten stijgen. De vlokken moeten tijd genoeg krijgen om te kunnen floteren, voordat het water door het platenpakket gaat. Het platenpakket moet voldoende groot zijn voor voldoende verblijftijd. Kleine vlokken kunnen dan alsnog floteren. De afstand tussen de platen mag dan weer niet te groot zijn, omdat de vlokjes anders geen tijd krijgen om de bovenzijde van het platenpakket te bereiken. Te kleine vlokken blijven anders zweven in het water en zullen niet worden verwijderd. Te kleine vlokken moeten dus vermeden worden in de flotatie-unit. Dichtheid, diameter en stijgsnelheid van de vlokken dienen bepaald te worden voordat de berekeningen kunnen worden uitgevoerd.
Stelling flotatie-unit: Grotere vlokken kunnen makkelijker gescheiden worden door het
grotere drijvende vermogen. Wanneer er in het begin van het proces te kleine kristallen worden gevormd, is er meer PE benodigd om de vlokken te binden.
2.5 Stellingen literatuurstudie
Kortsluitstroom en verstoringen van het mixproces in de neutralisatie-unit verstoren de kristalvorming en kristalgroei.
Grotere vlokken kunnen meer gebruik maken van adhesie van luchtbellen. Bij grotere kristallen is het oppervlak per volume kleiner. Minder PE strengen zijn
benodigd om de vlok bij elkaar te houden. Een lagere ratio Al(OH)3-PE is dan mogelijk.
Kortsluitstroom naar het platenpakket en verstoringen van het stromingsprofiel in de flotatie-unit verminderen de scheidingsefficiency. De vlokken moeten tijd genoeg krijgen om te floteren.
Belangrijke procesparameters: Waste water flow, Aluminiumconcentratie, roerwerk snelheid, Ratio PE/AL(OH)3, Luchtdruk in saturatievat en het i.e.p.
Optimalisatie unit 200-2 in P3 WWT Pagina 15
3.0 Geometrie analyse
De drie zuiveringslijnen 200-1, 200-2 en 300 zijn alle drie anders uitgevoerd doordat ze door drie verschillende leveranciers zijn geplaatst in verschillende tijdperken. Om nu te kunnen bepalen wat de overeenkomsten en verschillen zijn tussen deze zuiveringslijnen, zijn de
verschillende afmetingen per unit verzameld. Een klein gedeelte van de afmetingen is te vinden in de documentatie en tekeningen behorende bij de units. Echter door aanpassingen in het proces in de loop der jaren, waarbij de tekeningen niet zijn aangepast en het feit dat tekeningen verloren zijn gegaan, was maar weinig bruikbare informatie in de documentatie beschikbaar. Om er zeker van te zijn dat er gerekend en vergeleken wordt met de juiste geometrie is besloten alle afmetingen in de neutralisatie-units, CPF en flotatie-units handmatig op te meten van zowel de 200-2, als van de 200-1 en 300 lijn. Deze afmetingen zijn te vinden in bijlage II. De voor het proces belangrijke afmetingen zijn als indexgetallen vergeleken. Deze indexgetallen geven meer informatie over de diverse verblijftijden, snelheden, oppervlaktebelasting en recycleratio’s. De indexgetallen zijn berekend bij zowel het gemiddelde vloeistofdebiet als bij de lage en hoge limieten daarvan volgens huidige specificaties.
3.1 De belangrijke geometrische verschillen tussen de drie lijnen
3.1.1. Neutralisatie-unit
De unit 200-1 bestaat net als de 200-2 uit kubusvormige mixtanks met kleine axiale
propellermixers. De 300 unit bestaat uit drie cilindrische tanks voorzien van baffels met grote axiale mixers (voor schematische weergave, zie figuur 5.1). De neutralisatietanks 1 en 200-2 zijn op hetzelfde mixprincipe gebaseerd. Neutralisatietank 300 is geheel anders
gedimensioneerd en kan alleen maar op verblijftijd worden vergeleken.
Figuur 5.1: van links naar rechts schematisch de neutralisatie-unit 200-1, unit 200-2 en unit 300.
De toevoerpijppositie is voor alle drie de units verschillend. Bij de 200-1 komt deze horizontaal ter hoogte van het vloeistofoppervlak binnen, bij de 200-2 is een dippijp gemonteerd met een uitstroom onder een hoek van 45˚ richting de natronloogadditie. De 300 unit wordt onderin gevoed. De natronloog of zwavelzuur additie vindt plaats in deze eerste sectie en wordt aangestuurd door een pH regeling. De pH sensor is in beide gevallen geplaatst tegen het keerschot in de eerste sectie. Via de onderdoorgang in het keerschot wordt het gevormde aluminiumhydroxide verder gemixt in de 2e sectie zonder verdere addities. In de 2e sectie
wordt het [SS] gemeten (geplaatst tegen het keerschot).
Het doorstroomd oppervlak van de 1e naar de 2e sectie van de neutralisatie-unit is voor de
200-1 ongeveer gelijk aan die van de 300 unit, respectievelijk 0,04 m2 en 0,03 m2. Het doorstroomd
oppervlak van de 200-2 is met zijn 0,2 m2 een factor 5 groter. Bij units 200-1 en 200-2 is deze
doorvoer een spleet in het keerschot bij de bodem. Bij unit 300 is dit een overlooppijp. 200-1: In de 2e sectie wordt de uiteindelijke pH gemeten in de meeste rechtse hoek. De twee
afvoerpijpen (komen samen in een pijp) richting de CPF bevinden zich aan het
Optimalisatie unit 200-2 in P3 WWT Pagina 16 200-2: Het waste water vervolgt zijn weg via een overloop naar een derde rechthoekige sectie. In de derde ongeroerde sectie wordt de pH gemeten waarna het waste water naar de CPF gaat. De afvoer van de derde sectie is horizontaal onder in de tank geplaatst. Het niveau v/d 3e sectie
wordt geregeld d.m.v. een regelklep. De geometrie van de units is weergegeven in onderstaand tabel 5.1.
De theoretische verblijftijd in de eerste sectie is voor de 200-1 gelijk aan de 200-2, maar is bijna twee keer zo lang als in de 300 unit.
200-1 200-2 300
Totaal volume in m3 16,00 19,50 19,28
Aantal secties 2 3 3
Sectie gemengd 1 en 2 1 en 2 1, 2 en 3
Mengelement marineprop. marineprop. pitched blade
Diameter mixer in m 0,2 0,2 0,9
Mixer vanaf bodem in m 0,7 0,8 0,65
Toevoerpijp positie horizontaal verticaal 45° horizontaal
Toevoerpijp positie bovenin midden onderin
A doorvoer naar 2e sectie in m2 0,04 0,20 0,03
Afvoer laatste sectie bovenin onderin bovenin
Baffles nee nee ja
Loog/zuur additie sectie 1 1 1 en 2
Sectie [Al]-sensor 2 2 3
Verblijftijd normale flow in min.1e sectie 10,67 10,67 5,51
2e sectie 10,67 10,67 5,51
3e sectie - 4,67 5,51
Verblijftijd normale flow in min. neut tot CPF 21,92 26,16 17,06
Tabel 5.1: geometrieverschillen tussen de drie neutralisatie-units, afwijkingen 200-2 in rood weergegeven.
Verschil zichtbaar bij unit 200-2 tussen de pH-waardes 3e sectie t.o.v. 1e sectie, afwijking in
pH van -0,2 bij [SS] van 120 mg/l tot zelfs pH = -1,4 bij [SS] van 500 mg/l.
Groot onderdoorvoer 200-2, mixerhoogte en toevoerpijppositie schuin naar beneden gericht kunnen zorgen voor kortsluitstroom naar 2e sectie.
[SS] wordt in unit 200-2 in de 2e sectie gemeten, terwijl de ongeroerde 3e sectie de toevoer
is van de CPF.
Bevindingen geometrie neutralisatie-unit 200-2 vergeleken met unit 200-1:
De onderdoorvoer naar de 2e sectie is 5 keer zo groot als bij de andere twee units.
De toevoerpijp van het waste water is ook op het midden van de unit gericht. De kans op kortsluitstroom naar de 2e sectie neemt hierdoor sterk toe.
De 3e sectie heeft geen homogene suspensie, doordat deze niet gemixt is. Bij stilstand van de
unit zullen de gevormde kristallen bezinken. Bij opstart wordt de PE additie in de CPF berekend n.a.v. de [SS] in de 2e sectie, terwijl het zeer geconcentreerde bezinksel uit de 3e
sectie daadwerkelijk naar de CPF wordt gestuurd. Te weinig PE zal de kristallen niet kunnen vormen tot vlokken, waardoor doorslag ontstaat.
Optimalisatie unit 200-2 in P3 WWT Pagina 17
3.1.2 Coiled Pipe Flocculator
Alle drie de lijnen hebben een CPF welke in diameter toeneemt om de snelheid van de vlokken te verlagen. Zie de foto’s van een CPF in figuur 5.2. De verblijftijd bij een gemiddeld
vloeistofdebiet (inclusief recyclestroom via het saturatievat) is voor de 200-2 unit het langst met 102 seconden, vergeleken met de 200-1 unit van 95 seconden en de 300 van 77 seconden.
Figuur 5.2: foto’s CPF 200-2 met groter wordende diameter, aansluiting gesatureerd water en PE, een uitmonding in flotatie-unit.
De recyclestroom vanaf het saturatievat is voor de 200-1 gelijk aan de 200-2 en constant onafhankelijk van het vloeistofdebiet vanaf de neutralisatie-unit. Bij de 300 unit wordt de recyclestroom geregeld aan de hand van het aantal nozzles in de CPF dat is geopend.
Ratio PE/Al(OH)3: De ratio geeft de hoeveelheid toegevoegde PE in g/hr per hoeveelheid
Al(OH)3 in g/hr weer. De [Al(OH)3] ofwel [SS] wordt gemeten in de neutralisatie-unit. De
benodigde hoeveelheid PE wordt berekend door de PLC, welke de inverter van de PE
additiepomp aanstuurt. Via een nozzle wordt PE geïnjecteerd in de CPF. De ratio bepalen tussen de kristallen en de hoeveelheid PE was nog een onderzoek op zich. Er is geen documentatie over hoe de K-factor (gain, soort potmeter om manueel toevoer PE te verhogen/verlagen) in de ratioberekening is geïntegreerd. Additiepompen opbrengsten zijn afgemeten en de werking van de PLC is uitgezocht, zie bijlage IV. Voor iedere additiepomp is een andere berekening benodigd om de ratio te bepalen. De termen FIT en QIT slaan op de waste water flow en de [Al] ofwel [SS] (zie bijlage III).
De K-factor is een in te stellen waarde, een mogelijkheid om handmatig de hoeveelheid PE te veranderen. Er is gekozen voor twee K-factoren. K1 geldt voor de 0 mg/l<[SS]<500 mg/l. K2
geldt voor de 500 mg/l[SS]<1000 mg/l. Om deze reden wordt de [SS] dan ook gesplitst in QIT1
(0-500 mg/l) en QIT2 (500-1000 mg/l). De PE pompopbrengst is volgens de PLC te berekenen
met de volgende formules, waarbij diverse constanten zijn samengevoegd: PE Pompopbrengst 200-1: (QIT1*K1 + QIT2*K2)*FIT/1880,67.
PE Pompopbrengst 200-2: (QIT1*K1 + QIT2*K2)*FIT/1880,67.
PE Pompopbrengst 300: (QIT1*K1 + QIT2*K2)*FIT.
De ratio is te berekenen met formule 3.1, waarbij [PE] = 2,25 mg/l; PE/Al(OH)3 ratio =
Optimalisatie unit 200-2 in P3 WWT Pagina 18 De ratio’s zijn berekend voor de drie units en weergegeven in tabel 5.2. Bij hogere ratio wordt dus meer PE verbruikt.
Tabel 5.2: K-factoren bij normale productie en daarbij behorende PE/Al(OH)3 ratio’s.
Bevindingen geometrie CPF: Er zijn geen grote verschillen in geometrie zichtbaar tussen de
drie CPF’s. Wel dient aan de 200-2 een veel grotere hoeveelheid PE toegevoegd te worden gezien de hogere ratio (0,084 voor 200-2 t.o.v. 0,048 voor 200-1).
3.1.3 Flotatie-unit
De deken wordt in de 200-2 tegen de vloeistofstroom in afgeschraapt bij een constante hoge snelheid. Bij de 200-1 en 300 unit wordt de deken afgeschraapt met de vloeistofstroom mee bij een variabele snelheid, zie schematische weergave in figuur 5.3. Het effluent wordt bij 200-1 afgevoerd door vier buizen aan de rechterzijde, bij de 200-2 is dit een goot aan de rechterzijde en bij de 300 zijn dit 8 buizen aan de zijkant van de unit (niet getekend in figuur 5.3). Het valt op dat de 200-2 een natte, zeer dunne deken heeft t.o.v. de units 200-1 en 300.
Figuur 5.3: schematische weergaves flotatie-unit respectievelijk 200-1, 200-2 en 300.
De afstand tussen de platen is bij de 200-2 groter dan bij de andere units (0,05 m t.o.v. 0,035 m). Bij de 300 unit zijn 4 schotten geplaatst tussen de platen om zo een geforceerde vloeistofstroom te creëren voor betere verdeling over het platenpakket en het voorkomen van een
kortsluitstroom.
De verblijftijd in de Flotatie-unit bij een gemiddeld vloeistofdebiet (inclusief recyclestroom) is voor de 200-2 unit (860 s) 80% van de verblijftijd in 200-1 unit (1077 s) en 53% van de 300 unit (1609 s). De theoretische verblijftijd in het platenpakket v/d flotatie-unit is voor de 200-1 gelijk aan de 200-2, omdat het volume gelijk is. Boven het platenpakket is de verblijftijd voor de 200-2 (410 s) 62% van de verblijftijd van de 200-1 (656 s) en 48% van de 300 unit (852 s). Het flotatieoppervlak van 200-2 (174 m2) is ook kleiner, 80% dan van de 200-1 (217 m2). Een
gedeelte van de indexgetallen staat vermeld in tabel 5.3. De overige afmetingen van de flotatie-unit zijn vermeld in bijlage II.
Effluent Sludge
Sludge
Optimalisatie unit 200-2 in P3 WWT Pagina 19 Flotatie unit 200-1 200-2 300 Literatuur
Breedte flotatie-unit 4 2 2,5 m Normaal
Oppervlak flotatie-unit surface 9.2 8,0 16,3 m2 Platenpakket loodrecht op flow 4.6 6,5 10,4 m2 platen 208.2 165,8 448,5 m2 Volume Platenpakket 6,0 6,0 15,0 m3 Boven platenpakket 11,9 7,5 22,4 m3 Onder platenpakket 1,7 2,2 3,3 m3 Recycle naar saturatievat 19,0 19,0 17/20/30 m3/hr
Recycle ratio
Low ww flow 63,3 63,3 42,5 -
15-50%
Normal ww flow 42,2 42,2 28,6 -
High ww flow 34,5 34,5 30,0 -
Debiet incl. recycle
Low ww flow 50,4 50.4 58,3 m3/hr Normal ww flow 65,4 65,4 91,5 m3/hr High ww flow 75,4 75,4 132,2 m3/hr Oppervlakte belasting Vvert.
Low ww flow 5,4 6,1 3,6 m/hr 2-10 m/hr Normal ww flow 7,2 8,3 5,8 m/hr High ww flow 8,3 9,4 8,3 m/hr Vhorizontaal Low ww flow 0,0038 0,0070 0,0036 m/s Normal ww flow 0,0049 0,0091 0,0056 m/s High ww flow 0,0057 0,0105 0,0082 m/s Verblijftijd in platenpakket Low ww flow 449 449 972 s Normal ww flow 345 345 617 s High ww flow 299 299 427 s
Verblijftijd boven platenpakket
Low ww flow 851 532 1385 s
Normal ww flow 656 410 882 s
High ww flow 569 356 610 s
Snelheid water in platenpakket
Low ww flow 0,0029 0,0020 0,0015 m/s Normal ww flow 0,0038 0,0027 0,0023 m/s High ww flow 0,0044 0,0031 0,0034 m/s Tabel 5.3: Verschillen index tussen de drie flotatie-units, afwijkingen in rood weergegeven.
Het oppervlak en het volume boven het platenpakket van de 200-2 is een stuk kleiner dan bij de units 200-1 en 300, zie tabel 5.3. Ook valt op dat de sludge tegen de vloeistofstroom in (en dus tegen de dekenopbouw in) wordt afgeschraapt op constante snelheid. De afstand tussen de platen is voor de 200-2 een stuk groter (143%) dan de units 200-1 en 300, zie bijlage II. Het complete oppervlak (oppervlak unit incl. platenpakket) is voor de 200-2 (174m2) een stuk kleiner dan dat van de 200-1
(217 m2).
Bevindingen flotatie-unit 200-2:
De vlokken hebben minder tijd om te floteren door het kleinere volume boven het platenpakket. Door het kleinere volume hebben ze een hogere snelheid en dus een kortere verblijftijd.
De schraper genereert een vloeistofwerveling, doordat deze tegen de stroom in werkt. Deze vloeistofwerveling kan weer vlokjes uit de deken meenemen naar het platenpakket.
De afstand tussen de platen is een stuk groter, waardoor de te kleine vlokjes geen tijd krijgen om alsnog te floteren tegen het platenpakket. Deze zwevende vlokjes worden meegenomen in het effluent.
Optimalisatie unit 200-2 in P3 WWT Pagina 20
Een gedeelte van de waste water vloeistofstroom neemt de kortste weg naar het platenpakket, waardoor kortsluitstroom plaats vindt. De vloeistofstroom wordt niet gedwongen een gewenst pad af te leggen.
3.2 Bevindingen geometrie analyse
Neutralisatie-unit 200-2 heeft een 5 keer zo groot doorstromend oppervlak naar de 2e sectie
t.o.v. unit 200-1. De 3e sectie wordt niet gemixt, waardoor neerslag kan ontstaan.
In de CPF is voor de 200-2 bijna 2 keer zo veel PE benodigd als voor de andere twee units.
Flotatie-unit 200-2 is smaller en heeft een kleiner volume boven het platenpakket, de deken wordt tegen de stroom in afgeschraapt, de afstand tussen de platen van het platenpakket is groter en het flotatieoppervlak is kleiner dan van de andere twee units.
3.3 Bevindingen uit theorie samen met geometrie
Er worden verschillende aluminiumverbindingen gevormd tijdens het neutraliseren. De
aangeboden impuriteiten zijn voor lijn 200-1 gelijk aan de 200-2. Een vergelijkbaar mixgedrag in de neutralisatie-units zal zeer belangrijk worden voor het vormen van dezelfde verbindingen. De toevoerpijppositie bepaald samen met de mixersnelheid de mixintensiteit.
Bij een CSTR dient de verblijftijd 10 keer de mixtijd te zijn voor een homogeen mengsel. De reactie dient plaats te vinden in de 1e sectie, maar door de kortsluitstroom (veroorzaakt door het
5 keer groter doorstroomd oppervlak en een waste water toevoerpijppositie naar beneden gericht) vindt de reactie gedeeltelijk in de 2e sectie plaats. De reactor wordt daardoor twee keer
zo groot. De kristallen hebben onvoldoende tijd om te groeien in de neutralisatie-unit 200-2.
Wanneer te kleine vlokjes in de CPF zijn gevormd (door te kleine kristallen in de neutralisatie-unit), hebben ze minder drijvend vermogen en zullen eerder door het platenpakket worden afgevoerd.
Flotatie-unit 200-2 is smaller en heeft een kleiner volume boven het platenpakket, de deken wordt tegen de stroom in afgeschraapt, de afstand tussen de platen van het platenpakket is groter en het flotatieoppervlak is kleiner dan van de andere twee units.
De vlokjes kunnen uit het gevormde deken worden weggespoeld door de werveling in vloeistofstroom. Deze vlokjes worden met de vloeistofstroom in het platenpakket getrokken.
ANOVA (Analyses of Variance) [lit.2] geeft voor lijn 200-1 de belangrijkste variabelen; Flow waste water, [Al] en mixersnelheid in de neutralisatie-unit. De mixersnelheid in de
neutralisatie-unit 200-1 heeft invloed op de werking van de totale zuiveringslijn.
ANOVA (Analyses of Variance) [lit.2] geeft voor lijn 200-2 de belangrijkste variabelen; Flow waste water, [Al], ratio PE/Al(OH)3 en hoeveelheid toegevoegd lucht. Het valt op dat hierbij
de mixersnelheid een ondergeschikte invloed heeft op de zuiveringslijn. Dit kan betekenen dat de kortsluitstroom in neutralisatie-unit 200-2 de verandering in mixersnelheid teniet doet.
Optimalisatie unit 200-2 in P3 WWT Pagina 21
4.0 Hypotheses onvoldoende werking unit 200-2
Na het bestuderen van de theorie en de indexverschillen zijn de twee hypotheses opgesteld.
A. Kortsluitstroom in neutralisatietank 200-2 zorgt voor niet homogeen mixgedrag, waardoor Al(OH)3-kristal onvoldoende grootte bereikt. Bezinksel in ongeroerde 3e sectie zorgt voor hoge [SS] richting CPF zonder correctie in PE additie bij opstart van de lijn.
B. Ontwerp van flotatie-unit 200-2 zorgt voor te grote oppervlaktebelasting en kortsluitstroom van vervuild water naar het platenpakket.
4.1 Welke hypothese heeft prioriteit
Hypothese A is gebaseerd op een te korte verblijftijd in de eerste sectie van de neutralisatie-unit waar de reactie moet plaatsvinden. Door de te grote onderdoorvoer en de lage positie van de invoerpijp reageert niet al het aluminium uit het waste water in de eerste sectie, omdat er een kortsluitstroom naar de tweede sectie plaatsvindt. De kristallen zullen moeten groeien in de 2e
sectie, maar zijn nog te klein wanneer ze de neutralisatie-unit verlaten. Te kleine kristallen hebben meer PE nodig om zich te vormen tot voldoende grote vlokken. Te kleine vlokken zullen in de flotatie-unit uiteindelijk niet afgescheiden worden in het platenpakket, waardoor er doorslag naar het effluent plaatsvindt.
Hypothese B is gebaseerd op de smalle flotatie-unit 200-2. De vlokken krijgen niet genoeg tijd om te floteren en zullen te snel naar het platenpakket en dus het effluent gaan. Ook de schraper voert de gevormde deken tegen de stroomrichting in af, waardoor er een ongewenste
vloeistofstroom kan ontstaan en het gevormde deken kan uitspoelen. De flotatie-unit is de laatste stap voor de separatie. Het punt is dat de unit niet altijd slecht draait bij hoge belasting. Maar zelfs bij lage flow ontstaat er soms doorslag in het effluent.
Gekozen is om hypothese A verder uit te werken en te onderzoeken aangezien de uniforme kristalgroottes > 10 μm belangrijk zijn voor de opvolgende processen. Door te kleine kristallen dienen deze volgende processen zich daarop aan te passen.
Te kleine kristallen hebben meer PE nodig om zich tot grotere vlokken te vormen. Te kleine vlokken hebben te weinig profijt van de luchtbellenadditie.
De doorslag bij opstart wordt vermoedelijk in de neutralisatie-unit veroorzaakt door neerslag in de 3e sectie.
Hypothese A: Kortsluitstroom in neutralisatietank 200-2 zorgt voor niet homogeen mixgedrag,
waardoor Al(OH)3-kristal niet genoeg kan groeien.
Door de geometrie analyse op de beide neutralisatie units zijn de belangrijkste verschillen aan het licht gekomen:
Toevoerpijppositie waste water, mixerhoogte t.o.v. tankbodem, hoogte onderdoorvoer naar 2e sectie, laatste sectie niet gemixt in de 200-2.
